JP4657969B2 - 誘電体フィルタ - Google Patents

Description

本発明は、導電性筺体の内部に複数の誘電体共振器を有して構成され、前記誘電体共振器間の結合度を外部から調整可能とする誘電体フィルタに関する。

従来より、衛星通信、業務用電話のバックアップ回線等においては、ＭＨｚ帯〜ＧＨｚ帯の通信信号を効率よく受信するために、不要信号除去用としてバンドパスフィルタが用いられ、このようなＭＨｚ帯〜ＧＨｚ帯の高周波領域における好適なフィルタとして誘電体を内部に備えた誘電体フィルタが知られている。

従来、図１０に示すように、複数の誘電体共振器間の結合度を外部から調整可能とする誘電体フィルタが存在する（例えば特許文献１参照）。

この誘電体フィルタ７０は、電磁波を伝搬する導電性筺体７１と、導電性筺体７１の一端に形成された入力端子７２と、導電性筺体７１の他端に形成された出力端子７３と、入力端子７２と出力端子７３との間の導電性筺体７１内部において誘電体７４を介して支持される少なくとも２以上の誘電体共振器７５と、誘電体共振器７５の間に配置された導電板７６と、誘電体共振器７５の共振周波数を調整する周波数調整手段７７と、信号伝搬方向に対して垂直方向に挿入可能で誘電体共振器７５間の結合度を調整する結合度調整手段７８と、を備え、結合度調整手段７８の中心軸と周波数調整手段７７の中心軸とが直交するよう構成されている。

このような構成により、周波数調整手段７７を用いて誘電体共振器７５の共振周波数を外部から調整するとともに、結合度調整手段７８を用いて誘電体共振器７５間の結合度を外部から調整していた。
特開２００３−２３４６０１号公報（第１図）

しかしながら、従来の誘電体フィルタ７０においては、結合度調整手段７８と周波数調整手段７７とが導電性筺体７１の異なる表面から外部にそれぞれ突出しているため、大型化してしまう問題があった。

また、従来の誘電体フィルタ７０においては、これを複数配列した場合には、使用者による結合度調整手段７８を調整する隙間が確保できず、十分な調整ができないという問題があった。

本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、従来の誘電体フィルタと比較して、簡単な構成で小型化した誘電体フィルタを提供することを目的とする。

本発明に係る誘電体フィルタは、電磁波を伝搬する導電性筺体と、前記導電性筺体の内部に配置される少なくとも２以上の誘電体共振器と、前記電磁波の電界方向に対して垂直方向に可動し、前記誘電体共振器の共振周波数を調整する周波数調整手段と、前記周波数調整手段と平行に可動するロッド部と、前記ロッド部の一端に形成されて互いに隣り合う前記誘電体共振器の間に挿入され、前記ロッド部の直径より大きな直径の導体からなる導電部とを有し、前記導電部の挿入する深さを可変することにより前記誘電体共振器間の結合度を調整する結合度調整手段と、を備えるよう構成されている。

この構成により、周波数調整手段と結合度調整手段とが電磁波の電界方向に対して垂直方向に可動できるため、周波数調整手段と結合度調整手段とを外部に略同一方向に突出させることができる。このため、従来の誘電体フィルタと比較して、簡単な構成で小型化することができる。

また、導電部の挿入する深さが可変であることから、誘電体共振器間の結合度の調整をすることができる。

本発明は、従来の誘電体フィルタと比較して、簡単な構成で小型化した誘電体フィルタを提供することができる。

以下、本発明に係る実施の形態について、図１から図９を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る誘電体フィルタの構成を示す模式図である。

図１に示すように、誘電体フィルタ１は、導電性筺体２と入力端子３と出力端子４と複数の誘電体共振器２１乃至２８と結合度調整手段３１乃至３７と周波数調整手段４１乃至４８とを備えている。

導電性筺体２は、複数の円筒形の空洞をそれぞれ形成する複数の空洞内壁５１乃至５８を有している。第１乃至第８の誘電体共振器２１乃至２８は、筒状に形成されており、複数の空洞内壁５１乃至５８から空間をもってそれぞれ離隔して設置される。空洞内壁５１乃至５８の空洞は、第１乃至第８の誘電体共振器２１乃至２８をそれぞれ構成する誘電体のＱ値に応じた半径および深さを有するよう形成されている。誘電体フィルタの挿入損失が所定の基準値よりも劣化することがない範囲において、誘電体共振器の空洞の半径を最小にする場合には、導電性筐体２の体積および重量をより一層低減できるので好ましい。

ここで、第１乃至第８の誘電体共振器２１乃至２８および空洞内壁５１乃至５８は、導電性筐体２内に４個ずつ２列に並ぶよう配置される。この配置の場合には、導電性筐体２の体積がコンパクトになるとともに、入力端子３および出力端子４を導電性筐体２の同一の側面に設置できるので好ましい。

入力端子３および出力端子４は、ループ状の図示しない内部導体をそれぞれ有し、この内部導体は空洞内壁５１および５８により形成される空洞内に設けられ、例えば、外部の回路に接続されて回路からの電磁波を第１の誘電体共振器２１に入力し、第８の誘電体共振器２８から出力するようになっている。複数の誘電体共振器２１、２８は、内部導体から所定の間隔をもって離隔して設置される。ここで、入力端子３および出力端子４の内部導体が第１および第８の誘電体共振器２１、２８に近すぎる場合には、第１および第８の誘電体共振器２１、２８に励振された電磁波の分布が内部導体によって影響を受けるため、第１および第８の誘電体共振器２１、２８の無負荷Ｑが低下し、その結果誘電体フィルタの伝送損失が増大する。一方、入力端子３および出力端子４の内部導体が、第１および第８の誘電体共振器２１、２８から離れすぎる場合には、誘電体フィルタ１０に入出力する電磁波が不十分となる。したがって、第１および第８の誘電体共振器２１、２８と内部導体との間隔は、上述のことを考慮して決定される。

導電性筐体２には、第１の誘電体共振器２１と第２の誘電体共振器２２が互いに電磁気的に結合されるよう、結合窓６１が形成されている。同様に、第２および第３の誘電体共振器２２、２３の間、第３および第４の誘電体共振器２３、２４の間、第４および第５の誘電体共振器２４、２５の間、第５および第６の誘電体共振器２５、２６の間、第６および第７の誘電体共振器２６、２７の間、第７および第８の誘電体共振器２７、２８の間の導電性筐体２にも、結合窓６２乃至６７がそれぞれ形成されている。隣り合う誘電体共振器間の結合度は、結合窓６１乃至６７の大きさによって調節されるようになっている。ここで、隣り合う誘電体共振器とは、互いに前後の段を構成する一組の誘電体共振器をいう。

図２は、本発明の実施の形態に係る誘電体フィルタにおいて、任意の互いに隣り合う２つの誘電体共振器に着目した場合の一部に断面を有する斜視図であり、図３は、本発明の実施の形態に係る誘電体フィルタにおいて、任意の互いに隣り合う２つの誘電体共振器に着目した場合の蓋部を取り外した状態における平面図である。

なお、図２、３中に示すＥは、誘電体共振器に励振された電磁波によって生じた電界の向きを示している。

導電性筺体２は、電磁波を伝搬するようになっており、容器部２ａと蓋部２ｂとから構成されている。容器部２ａには、後述する複数の誘電体共振器５、６を配置するための複数の誘電体共振器配置室９、１０と、各誘電体共振器配置室９、１０を連通するとともに結合度調整手段３４の挿入を可能にする結合窓を構成する連通室１１が形成されている。

誘電体共振器２４及び２５は、支持体２４ａ及び支持体２５ａを介して容器部２ａに支持されている。同様に、誘電体共振器２１乃至２３と、誘電体共振器２６乃至２８は、同様に図示しない支持体を介して容器部２ａに支持されている。また、誘電体共振器２１乃至２８は、同一の大きさ及び誘電率を有する誘電体によって構成されている。誘電体フィルタは、各誘電体共振器間に電磁結合が生じることよって多段式のバンドパスフィルタとして機能する。各支持体は、誘電体共振器２１乃至２８に対して極めて小さい誘電率で構成されている。

図４は、本発明の実施の形態に係る誘電体フィルタにおいて、任意の互いに隣り合う２つの誘電体共振器に着目した場合の断面図である。

なお、図４中に示すＥは、誘電体共振器に励振された電磁波によって生じた電界の向きを示している。

結合度調整手段３４は、図４に示すように、導電性筺体２の蓋部２ｂに形成された孔３４ａと、ロッド部３４ｂと、ロッド部３４ｂの一端に形成された導電部３４ｃと、ロッド部３４ｂを固定する固定部３４ｄとによって構成されている。ここで、導電部３４ｃは、導体によって構成されているが、誘電体によって構成されていてもよい。孔３４ａには、雌ネジが形成され、ロッド部３４ｂには雄ネジが形成されている。固定部３４ｄには、ナット等の固定部材を用いることができる。よって、結合度調整手段３４は、ネジ送り機構であり、ロッド部３４ｂ及び導電部３４ｃは、導電性筺体２の内部に挿入可能になっている。そして、導電部３４ｃは、互いに隣り合う誘電体共振器２４、２５の間に挿入可能となる。これにより、ロッド部３４ｂ及び導電部３４ｃを導電性筺体内に挿入した際に、導電部３４ｃの挿入深さｈによって誘電体共振器２４、２５間の結合度ｋを自在に変化させることができる。なお、導電部の挿入深さｈは、導電性筺体２の外部に突出したロッド部３４ｂを回転させて調整する。

ロッド部３４ｂは、電磁波の電界方向に対して垂直方向に可動するようになっている。このため、ロッド部３４ｂの一端に形成された導電部３４ｃも同様に、電磁波の電界方向に対して垂直方向に可動するようになっている。ロッド部３４ｂは、後述する周波数調整手段と平行に可動するのが好ましい。なお、結合度調整手段３１乃至３３と結合度調整手段３５乃至３７は、結合度調整手段３４と同様に構成される。

周波数調整手段４４、４５は、蓋部２ｂに設けられた孔４４ａ、４５ａと、導電性媒体４４ｂ、４５ｂと、固定部４４ｃ、４５ｃによって構成されている。孔４４ａ、４５ａには、雄ネジが形成され、導電性媒体４４ｂ、４５ｂには、雄ネジが形成されている。固定部４４ｃ、４５ｃとしてはナット等の固定部材を用いることができる。周波数調整手段４４、４５は、ネジ送り機構であり、導電性媒体４４ｂ、４５ｂは、孔４４ａ、４５ａを介して導電性筺体２に挿入可能となっている。そして、導電性媒体４４ｂ、４５ｂを導電性筺体２に挿入する挿入深さｄによって誘電体共振器の共振周波数を自在に変更できるようになっている。なお、導電性媒体４４ｂ、４５ｂの挿入深さｄは、導電性筺体２の外部に突出した部分を回転させて調整する。周波数調整手段４４、４５は、電磁波の電界方向に対して垂直方向に可動するようになっており、ロッド部３４ｂと平行に可動するようになっている。このため、周波数調整手段４４、４５は、結合度調整手段３４と平行に導電性筺体２に挿入可能になる。周波数調整手段４１乃至４３と周波数調整手段４６乃至４８は、周波数調整手段４４、４５と同様に構成される。

次に、このように構成されている誘電体フィルタ１の組み立て方法と、前記中心周波数の調整方法と、結合度ｋの調整方法についてそれぞれ説明する。

最初に、誘電体フィルタ１の組立方法の一例について説明する。

まず、図１、２に示すように、容器部２ａの一側面に入力端子３及び出力端子４を取り付ける。

次いで、容器部２ａの内部に第１乃至第８の支持体を配置し、複数の支持体の上部にそれぞれ誘電体共振器２１乃至２８を配置する。

そして、容器部２ａの上方から、結合度調整手段３１乃至３７及び周波数調整手段４１
乃至４８が取り付けられた蓋部２ｂを被せ、誘電体フィルタ１を完成させる。なお、蓋部２ｂと容器部２ａとを固着する方法は、ネジ止め、導電性接着剤による接着等、誘電体フィルタ１の内部を伝搬する信号が外部に漏れないような方法であればよい。

なお、前記組立方法はこの方法に限定されず、種々選択可能であることは当然である。

次に、このようにして組み立てられた誘電体フィルタ１の通過帯域に対する中心周波数の調整方法の一例について説明する。

まず、入力端子３と出力端子４とを、例えばネットワーク・アナライザに接続する。

そして、前記ネットワーク・アナライザの画面上に表示された周波数特性を観測しながら、周波数調整手段４１乃至４８の導電性媒体をドライバー等を用い、導電性媒体を誘電体フィルタ１に挿入する挿入深さｄを調整する。挿入深さｄを調整することによって、誘電体フィルタ１が通過帯域に対して所望の中心周波数をもつフィルタとなるように調整する。

次に、結合度ｋの調整方法の一例について説明する。

まず、始めに前記中心周波数の調整方法と同様に、入力端子３と出力端子４とを、例えばネットワーク・アナライザに接続する。

次いで、各々の誘電体共振器間に着脱可能な小型のプローブを順次設け、それぞれ誘電体共振器間の結合度を観測し、適宜セッティング等を変更する。

次いで、前記ネットワーク・アナライザの画面上に表示された周波数特性を観測しながら、結合度調整手段３１乃至３７のロッド部をドライバー等を用い、導電部を誘電体フィルタ１に挿入する挿入深さｈを調整する。挿入深さｈを調整することによって、各誘電体共振器間の結合度を調整して誘電体フィルタ１が所望の結合度となるように微調整する。

図５は、本発明の実施の形態に係る誘電体フィルタにおいて導電部を挿入した場合の磁界の様子を示す図である。

誘電体フィルタ１は、図５に示すように、導電部３４ｃが２つの誘電体共振器２４、２５の間に挿入された場合、領域Ａにおける磁界の方向は、誘電体共振器２４の側面部の方向と導電部３４ｃの側面部の方向と略平行になっている。また、領域Ｂにおける磁界の方向は、誘電体共振器２５の側面部の方向と導電部３４ｃの側面部の方向と略平行になっている。換言すれば、誘電体共振器２４と導電部３４ｃとの間に容量結合が生じ、一方誘電体共振器２５と導電部３４ｃとの間には容量結合が生じている。したがって、本実施の形態に係る誘電体フィルタ１は、この容量結合に応じて誘電体共振器間の結合度ｋが変化するようになっている。

次に、上述のように構成された同一の誘電体共振器を用いた誘電体フィルタ１の結合度ｋと周波数特性との関係についてシミュレーションを行った結果を説明する。

図６は、本発明の実施の形態に係る誘電体フィルタにおいて任意の互いに隣り合う２つの誘電体共振器に同一の誘電体共振器を用いた場合の模式図である。

図７は、図６における導電部の挿入深さに応じた結合度ｋと周波数特性の変化を示す図である。

図６、７に示すように、同一の誘電体共振器を用いた誘電体フィルタは、導電体の挿入深さｈに応じて、誘電体共振器間の結合度が変化しているの分かる。さらに、誘電体フィルタ１は、挿入深さｈが３０ｍｍの場合に、誘電体共振器間の結合度が最も高く、挿入深さｈが２０ｍｍ及び４０ｍｍの場合に、誘電体共振器間の結合度が最も低い。

ここで、図６における挿入深さｈが２０ｍｍの場合とは、誘電体共振器２４の上面と導電部３４ｃの上面とが同一面にある状態であり、図６における挿入深さｈが３０ｍｍの場合とは、図６に示すような状態、すなわち誘電体共振器２４の長手方向の中心面と導電部３４ｃの長手方向の中心面と同一面にある状態であり、図６にける挿入深さｈが４０ｍｍの場合とは、誘電体共振器２４の下面と導電部３４ｃの下面とが同一面にある状態をいう。

以上のシミュレーション結果より、導電部３４ｃを導電性筺体２に挿入することによって、誘電体共振器間の結合度ｋは変化し、誘電体フィルタ１の周波数帯域も変化することが明らかとなった。さらに、結合度調整手段３１乃至３７と周波数調整手段４１乃至４８とを組み合わせることによって、誘電体フィルタ１の中心周波数と周波数帯域とを同時に調整することが可能となる。

前述した誘電体フィルタにおいては、同一の誘電体共振器を用いているが、図６、７に示すように、異なる誘電体共振器を用いてもよくこれについて次に説明する。なお、前述の同一の導電体共振器を用いた誘電体フィルタと同一の構成については同一の符号を用いる。

図８は、本発明の実施の形態に係る誘電体フィルタにおいて任意の互いに隣り合う２つの誘電体共振器に異なる誘電体共振器を用いた場合の模式図である。

図９は、図８の誘電体フィルタにおける導電部の挿入深さに応じた結合度ｋと周波数特性の変化を示す図である。

図８に示すように、誘電体共振器２９は、誘電体共振器２４と異なる大きさ及び誘電率を有し、支持体２９ａを介して容器部２ａに支持されている。図８、９に示すように、異なる誘電体共振器２４、２９を用いた誘電体フィルタ２０は、導電体３４ｃの挿入深さｈに応じて、誘電体共振器２４、２２間の結合度ｋが変化しているの分かる。さらに、異なる誘電体共振器を用いた場合の誘電体フィルタ２０は、挿入深さｈが２０ｍｍの場合に、誘電体共振器２４、２９間の結合度が最も低く、挿入深さｈが４０ｍｍの場合に、誘電体共振器２４、２９間の結合度が最も高い。なお、挿入深さｈについては図６、７と同様であるので説明を省略する。

以上のシミュレーション結果より、導電部３４ｃを導電性筺体２に挿入することによって、誘電体共振器２４、２９間の結合度ｋは変化し、誘電体フィルタ２０の通過帯域も変化することが明らかとなった。さらに、結合度調整手段３１乃至３７と周波数調整手段４１乃至４８とを組み合わせることによって、誘電体フィルタ２０の中心周波数と周波数帯域とを同時に調整することが可能となる。

以上説明したように、本実施の形態に係る誘電体フィルタ１及び２０は、周波数調整手段４１乃至４８と結合度調整手段３１乃至３７とが電磁波の電界方向に対して垂直方向に可動できるため、周波数調整手段４１乃至４８と結合度調整手段３１乃至３７とを外部に略同一方向に突出させることができる。このため、従来の誘電体フィルタと比較して、簡単な構成で小型化した誘電体フィルタを提供することができる。

さらに結果として、本実施の形態に係る誘電体フィルタ１及び２０は、これを備える衛星通信機器、業務用電話のバックアップ回線機器等も小型化できる。

また、本実施の形態に係る誘電体フィルタ１及び２０は、これを複数配列した場合であっても、使用者による結合度調整手段７を調整する隙間を確保することができ、十分な調整をすることができる。

また、本実施の形態に係る誘電体フィルタ１及び２０は、固定部３４ｄを備えていることから、ロッド部３４ｂを垂直方向の所定の位置で固定することができ、導電部３４ｃを所定の位置で固定することができる。

また、本実施の形態に係る誘電体フィルタ１及び２０は、導電部３４ｃの挿入深さｈが可変であることから、誘電体共振器間の結合度の調整をすることができる。

以上のように、本発明に係る誘電体フィルタは、従来の誘電体フィルタと比較して、簡単な構成で小型化することができるという効果を有し、導電性筺体の内部に複数の誘電体共振器を有して構成され、誘電体共振器間の結合度を外部から調整可能とする誘電体フィルタ等として有用である。

本発明の実施の形態に係る誘電体フィルタの構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態に係る誘電体フィルタにおいて、任意の互いに隣り合う２つの誘電体共振器に着目した場合の一部に断面を有する斜視図である。 本発明の実施の形態に係る誘電体フィルタにおいて、任意の互いに隣り合う２つの誘電体共振器に着目した場合の蓋部を取り外した状態における平面図である。 本発明の実施の形態に係る誘電体フィルタにおいて、任意の互いに隣り合う２つの誘電体共振器に着目した場合の断面図である。 本発明の実施の形態に係る誘電体フィルタにおいて導電部を挿入した場合の磁界の様子を示す図である。 本発明の実施の形態に係る誘電体フィルタにおいて任意の互いに隣り合う２つの誘電体共振器に同一の誘電体共振器を用いた場合の模式図である。 図６における導電部の挿入深さに応じた結合度と周波数特性の変化を示す図である。 本発明の実施の形態に係る誘電体フィルタにおいて任意の互いに隣り合う２つの誘電体共振器に異なる誘電体共振器を用いた場合の模式図である。 図８の誘電体フィルタにおける導電部の挿入深さに応じた結合度と周波数特性の変化を示す図である。 従来の誘電体フィルタを示す図である。

符号の説明

１、２０ 誘電体フィルタ
２ 導電性筺体
３ 入力端子
４ 出力端子
２１乃至２９ 誘電体共振器
３１乃至３７ 結合度調整手段
３４ｂ ロッド部
３４ｃ 導電部
３４ｄ 固定部
４１乃至４８ 周波数調整手段

Claims (1)

1. 電磁波を伝搬する導電性筺体と、
   前記導電性筺体の内部に配置される少なくとも２以上の誘電体共振器と、
   前記電磁波の電界方向に対して垂直方向に可動し、前記誘電体共振器の共振周波数を調整する周波数調整手段と、
   前記周波数調整手段と平行に可動するロッド部と、前記ロッド部の一端に形成されて互いに隣り合う前記誘電体共振器の間に挿入され、前記ロッド部の直径より大きな直径の導体からなる導電部とを有し、前記導電部の挿入する深さを可変することにより前記誘電体共振器間の結合度を調整する結合度調整手段と、を備えたことを特徴とする誘電体フィルタ。